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UNICEUB – Centro Universitário de Brasília Graduação em Engenharia Civil Disciplina: Hidráulica (com laboratório) Vertedores Prof.: Wendy F. Ataide Brasília, 04 de agosto de 2017 Vertedores ou vertedouros ▪ Dispositivos utilizados para medir e/ou controlar a vazão em escoamento por um canal; ▪ Orifício de grandes dimensões no qual foi suprimida a aresta do topo; ▪ A parte superior da veia líquida se faz em contato com a pressão atmosférica; ▪ Parede, dique ou abertura de determinada forma geométrica sobre a qual um líquido escoa; ▪ Perpendicular a corrente eleva o nível d’água à montante. Vertedores ou vertedouros ▪ São estruturas relativamente simples mas de grande importância prática devido a sua utilização em construções hidráulicas, como sistemas de irrigação, estações de tratamento de água e esgoto, barragens, medição de vazão em córregos, controle do escoamento em galerias e canais. Vertedores ou vertedouros Vertedores ou vertedouros Vertedores ou vertedouros Vertedores ou vertedouros Vertedores ou vertedouros Vertedores ou vertedouros Vertedor retangular com contração L = largura do vertedor, dimensão da soleira através da qual há o escoamento; H = carga sobre a soleira; p = altura do vertedor. Classificação dos vertedores 1. Forma (a) simples (retangulares, trapezoidais, triangulares, circulares); Classificação dos vertedores 1. Forma (b) compostos (seções combinadas). Classificação dos vertedores 2. Altura relativa da soleira (a)vertedor completo ou livre (p>p’); (b)vertedor incompleto ou afogado (p<p’); Classificação dos vertedores 3. Natureza da parede (a)vertedor em parede delgada, e < 2.H/3; (b)vertedor em parede espessa, e > 2.H/3; Classificação dos vertedores 4. Largura relativa (a)vertedor sem contrações laterais, (L = B); (b)vertedor com contrações laterais, (L < B). L = largura do vertedor; B = largura do rio. Vertedores retangulares de parede delgada (fina) sem contração Placa delgada, com soleira horizontal e biselada, instalada perpendicularmente ao escoamento, ocupando toda a largura do canal (sem contrações laterais) e com o espaço sob a lâmina vertente ocupado com ar à pressão atmosférica. Vertedores retangulares de parede delgada (fina) sem contração Orifícios de grandes dimensões ℎ1 = 0; ℎ2 = 𝐻 𝑄 = 2 3 . 𝐶𝑑 . 𝐿. 2. 𝑔. ℎ2 3/2 − ℎ1 3/2 𝑄 = 2 3 . 𝐶𝑑 . 2. 𝑔. 𝐿. 𝐻 3/2 𝑄 = 𝐾. 𝐿. 𝐻3/2𝐾 = 2 3 . 𝐶𝑑 . 2. 𝑔 Vertedores retangulares de parede delgada (fina) sem contração 𝑄 = 𝐾. 𝐿. 𝐻3/2 𝐾 = 2 3 . 𝐶𝑑 . 2. 𝑔 𝑃𝑎𝑟𝑎 𝐶𝑑 = 0,623 𝐾 = 2 3 . 0,62. 2.9,8 = 1,838 𝑄 = 1,838. 𝐿. 𝐻3/2 Calculo da vazão Fórmula de Francis, para Cd = 0,623. 𝑄 = 1,838. 𝐿. 𝐻3/2 𝑄 = 1,838. 𝐿. 𝐻3/2 Para os vertedores com largura menor ou maior que um metro, multiplicam- se os valores da vazão pela largura real, em m. Calculo da vazão Fórmula de Weissbach (considerando a velocidade de aproximação da água). 𝑄 = 2 3 𝐶𝑑 . 𝐿. 2. 𝑔 𝐻 + 𝛼 𝑉2 2. 𝑔 3/2 − 𝛼 𝑉2 2. 𝑔 3/2 𝛼 = 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝐶𝑜𝑟𝑖𝑜𝑙𝑖𝑠, 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑑𝑒 1,0 𝑎 1,66, 𝑓𝑎𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒ç𝑎𝑜 𝑑𝑎 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑣𝑖𝑑𝑜 𝑎 𝑣𝑎𝑟𝑖𝑎ç𝑎𝑜 𝑑𝑎 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒. Influência da velocidade de chegada da água ▪ Quando a velocidade de chegada da água é elevada; ▪ Trabalhos que requer grande precisão. 𝑄 = 1,838. 𝐻 + 𝑉2 2. 𝑔 3/2 − 𝑉2 2. 𝑔 3/2 Influência das contrações (quando L < B) 𝑄 = 1,838. 𝐿′. 𝐻3/2 𝐿′ = 𝐿 − 0,1. 𝐻 ⇒ 𝑝𝑎𝑟𝑎 1 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎ç𝑎𝑜 𝐿′ = 𝐿 − 0,2. 𝐻 ⇒ 𝑝𝑎𝑟𝑎 2 𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎ç𝑜𝑒𝑠 Vertedor trapezoidal de Cipolletti 𝑄 = 𝑄2 + 2. 𝑄1 ▪ Para compensar o decréscimo da vazão devido às contrações; ▪ Talude 1:4. Influência da forma da veia ▪ Lâmina deprimida, o ar é arrastado pela água formando vácuo; ▪ Lâmina aderente, não há a formação de vácuo; ▪ Lâmina afogada, o nível da agua à jusante é superior ao da soleira. vácuo Vertedor triangular ▪ Maior precisão; ▪ Para pequenas vazões; ▪ Geralmente feito em chapas metálicas; ▪ Lados iguais (isósceles), com 90º. Vertedor triangular Vertedor triangular 𝑄 = 1,4. 𝐻5/2 ⇒ 𝐹ó𝑟𝑚𝑢𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑇ℎ𝑜𝑚𝑝𝑠𝑜𝑛 𝑄 = 𝑣𝑎𝑧𝑎𝑜,𝑚3/𝑠 𝐻 = 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎,𝑚 𝐻 Vertedor triangular 𝑄 = 1,4. 𝐻5/2 Exercício 1 Calcular a vazão através de um vertedor retangular de parede delgada, de largura igual a 50 cm, altura da soleira igual a 1,00 m, instalado na parte central de um canal com largura de 1,20 m, quando a carga for 35 cm e o coeficiente de descarga 0,63. Exercício 2: (12.2 livro Rodrigo Porto): vertedor triangular com ângulo de abertura de 90º descarrega água com uma carga de 0,15 m em um tanque, que possui no fundo três orifícios circulares de parede delgada, com 40 mm de diâmetro. Na condição de equilíbrio, determine a vazão e a profundidade da água no tanque. Exercício 3: (Exercício 12.5 livro Rodrigo Porto): A estrutura mostrada na figura é constituída por um tubo de concreto, de 0,30 m de diâmetro e 3,0 m de comprimento, e por um vertedor retangular, de parede fina, com largura da soleira igual a 0,50 m e soleira na cota 0,80 m. A estrutura encontra-se na parte final de um canal retangular de 1,0 m de largura, junto ao fundo, e descarrega livremente. Determine: a) a máxima vazão descarregada quando o vertedor ainda não entrou em operação; b) a cota do nível d’água no canal quando a vazão de chegada for igual a 0,30 m3/s.
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